KR20180063124A - 단결정 제조장치 및 융액면 위치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원료융액의 융액면 위치를 측정하는 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단과, 측정한 융액면 위치에 기초하여 융액면 위치를 제어하는 제어수단과, 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 판단수단을 가지고, 복수의 융액면 위치측정수단에 의해 융액면 위치가 동시에 측정되고, 복수의 융액면 측정수단 중에서 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 1개 선택되고, 이 선택된 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있다고 판단수단에 의해 판단된 경우에, 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 다른 융액면 위치측정수단으로 전환되는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치이다. 이에 따라, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우여도, 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있는 단결정 제조장치 및 융액면 위치의 제어방법이 제공된다.

Description

단결정 제조장치 및 융액면 위치의 제어방법

본 발명은, 단결정 제조장치 및 융액면 위치의 제어방법에 관한 것이다.

실리콘 단결정의 제조에 있어서, 원하는 품질의 실리콘 단결정을 안정적으로 제조하는 것은, 생산 손실을 방지하여 제품 수율을 높이기 위해 중요하다. 특히, 최근의 반도체 소자의 고집적화 및 이에 수반하는 미세화의 진전에 따라, 실리콘 단결정 내의 성장결함(Grown-in결함)을 어떻게 저감시키고, 저결함의 실리콘 단결정을 안정적으로 제조할 수 있는지가 과제시되고 있다.

성장결함은 성장계면에 있어서의 결정의 온도구배와 실리콘 단결정의 성장속도로부터 결정되는 것이 알려져 있고, 성장계면에 있어서의 결정의 온도구배를 고정밀도로 제어하는 것이 필요시되었다.

성장계면에 있어서의 결정의 온도구배를 제어하기 위해, 종래, 융액면 상방으로 육성된 실리콘 단결정의 주위를 둘러싸는 원통형의 복사열을 차단하는 차열부재를 마련하는 것이 행해지고 있다. 이에 따라 결정고온시에 있어서의 결정온도구배를 크게 할 수 있고, 무결함결정을 고속으로 얻을 수 있다.

상기와 같이, 차열부재를 마련한 상기 실리콘 단결정 제조장치에 있어서, 성장계면에 있어서의 결정의 온도구배를 정확하게 제어하기 위해서는, 융액면과 차열부재의 하단(下端)의 간격을 정밀도 좋게 소정의 간격이 되도록 제어할 필요가 있다.

실리콘 단결정을 육성할 때에, 실리콘 단결정의 성장에 수반하여 도가니 내에 수용된 실리콘 융액이 감소하고 융액면 위치가 강하해간다. 그러므로, 실리콘 단결정의 성장에 맞추어, 융액면 위치의 강하량을 예측하고, 예측한 값에 따라, 도가니 유지축에 상승지령을 부여하여, 도가니 위치를 상승시킴으로써 융액면 위치의 강하를 방지하고, 융액면 위치를 소정의 위치로 일정하게 유지하도록 하여, 융액면 위치를 제어하는 방법이 종래부터 행해지고 있다.

그러나, 결정직경의 대형화에 따른 도가니형상의 대구경화에 수반하여, 융액면 위치는 도가니의 두께의 불균일, 조업 중에 발생하는 도가니의 변형 및 팽창에 의해 크게 변화한다. 그러므로, 상기와 같은 예측한 값에 따른 도가니 위치의 상승 제어만으로는, 정밀도 좋게 융액면 위치를 소정의 위치로 유지하도록 제어하는 것이 곤란하였다.

이에 따라, 예를 들어, 특허문헌 1이나, 특허문헌 2에서 개시되어 있는 바와 같은, 로 외로부터 융액면 위치를 측정하기 위한 CCD카메라를 챔버 외부에 마련하고, CCD카메라로부터 얻어진 화상으로부터 측정한 결과를 토대로, 융액면 위치를 정밀도 좋게 일정한 위치로 제어하는 방법이 채용되고 있다.

구체적으로는, 특허문헌 1에는, 실리콘 융액 상방에 있는 차열부재 하단에 장착된 기준반사체와 경면상으로 되어 있는 상기 융액면에 반사된 상기 기준반사체를 CCD카메라 등의 광학식 장치를 이용하여 촬상하고, 그 영상으로부터 융액면 위치를 측정하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 결정에 대해 임의의 각도로 설치된 CCD카메라를 이용한 제1의 직경계측수단에 의해 계측된 결정직경과, 결정 양단에 병행으로 설치된 2대의 CCD카메라에 의한 제2의 직경계측수단에 의해 계측된 결정직경을 비교하고, 상기 제1의 결정직경과 제2의 결정직경의 차로부터 융액면 위치를 산출하는 방법이 개시되어 있다.

이들과 같은 측정방법에 의해 얻어진 융액면 위치를 원하는 위치로 하기 위한 제어방법으로는, 측정된 융액면 위치와 원하는 융액면 위치로부터 현재의 융액면 위치의 편차를 산출하고, 산출된 편차에 따라 도가니 상승속도를 보정함으로써 융액면 위치가 원하는 위치가 되도록 제어하는 방법이 채용되고 있다.

일본특허공개 2007-290906호 공보 일본특허공개 2010-100452호 공보 일본특허공개 2013-170097호 공보 일본특허공개 H01-24089호 공보

이러한 융액면 위치의 제어가 안정적이면서 정밀도 좋게 행해지기 위해서는, 상기와 같은 융액면 위치의 측정이 상시 정상으로 행해지고 있는 것이 전제가 된다. 그러나, 실제의 제조에 있어서는, 예를 들어, 로 외에 설치되어 있는 CCD카메라 등의 융액면 위치측정장치의 고장에 의해 측정을 할 수 없게 되는 경우나, 기준반사체 등의 융액면 위치를 측정하기 위한 로 내 구조부품의 파손, 로 내의 구조부품에 부착한 실리콘 융액에 기인한 융액면 위치의 오측정 등, 제조시에 발생하는 여러가지 사상(事象)에 의해, 안정된 측정을 할 수 없게 된다(이하, 측정이상이라고도 함)는 문제가 종종 있었다.

이러한 측정이상이 발생하면, 융액면 위치가 소정의 위치가 되도록 제어할 수 없게 된다. 그 결과, 원하는 품질의 실리콘 단결정을 안정적으로 제조할 수 없게 된다.

본 발명은 상기 서술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우여도, 이상을 검지하여 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있는 단결정 제조장치 및 융액면 위치의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 초크랄스키법에 의해 도가니 내에 수용한 원료융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 단결정 제조장치로서,

상기 원료융액의 융액면 위치를 측정하는 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단과, 측정한 상기 융액면 위치에 기초하여 상기 융액면 위치를 제어하는 제어수단과, 상기 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 판단수단을 가지고,

상기 복수의 융액면 위치측정수단에 의해 상기 융액면 위치가 동시에 측정되고, 상기 복수의 융액면 측정수단 중에서 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단이 1개 선택되고, 이 선택된 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있다고 상기 판단수단에 의해 판단된 경우에, 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단이 다른 상기 융액면 위치측정수단으로 전환되는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치를 제공한다.

이러한 것이면, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우에, 이를 검지하여 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 다른 융액면 위치측정수단으로 전환되므로, 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있는 장치가 된다.

이때, 상기 판단수단은,

상기 융액면 위치측정수단에 의해 측정된 상기 융액면 위치의 값의 단위시간마다의 변화량으로부터, 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 것이 바람직하다.

이러한 것이면, 융액면 위치측정수단에 있어서 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 보다 확실하게 판단할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 초크랄스키법에 의해 도가니 내에 수용된 원료융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때에, 상기 원료융액의 융액면 위치를 제어하는 방법으로서,

상기 융액면 위치를 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단에 의해 동시에 측정하는 공정과, 상기 복수의 융액면 측정수단 중에서 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단을 1개 선택하는 공정과, 이 선택한 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 공정과, 상기 측정이상이 발생하고 있다고 판단된 경우에, 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단을 다른 융액면 위치측정수단으로 전환하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 융액면 위치의 제어방법이 제공된다.

이렇게 하면, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우에, 이를 검지하여 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단을 다른 융액면 위치측정수단으로 전환하므로, 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있다.

이때, 상기 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 공정에 있어서,

상기 융액면 위치측정수단에 의해 측정된 상기 융액면 위치의 값의 단위시간마다의 변화량으로부터, 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 융액면 위치측정수단에 있어서 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 보다 확실하게 판단할 수 있다.

본 발명의 단결정 제조장치 및 융액면 위치의 제어방법이면, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우에, 이를 검지하여 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 다른 융액면 위치측정수단으로 전환되므로, 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 단결정 제조장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 제1의 융액면 위치측정수단의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 3은 제2의 융액면 위치측정수단의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 4는 제2의 융액면 위치측정수단의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 융액면 위치의 제어방법의 일례를 나타낸 공정도이다.
도 6은 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 공정에 있어서, 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 처리의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 7은 실시예에 있어서의 도가니 상승속도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예에 있어서의 도가니 상승속도를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

상기 서술한 바와 같이, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생하면, 융액면 위치를 소정의 위치가 되도록 제어할 수 없게 되고, 그 결과, 원하는 품질의 실리콘 단결정을 안정적으로 제조할 수 없게 된다는 문제가 있었다.

이에, 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 원료융액의 융액면 위치의 측정을 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단으로 동시에 행하고, 융액면 위치의 제어에 채용한 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있다고 판단된 경우에, 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 다른 상기 융액면 위치측정수단으로 전환되는 것으로 하는 것을 상도하였다. 이에 따라, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우에, 이를 검지하여 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 다른 융액면 위치측정수단으로 전환되므로, 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있는 것을 발견하였다. 그리고, 이들을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 자세히 조사하여, 본 발명을 완성시켰다.

먼저, 본 발명의 단결정 제조장치에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 단결정 제조장치(1)는 챔버(2)와, 내측의 석영도가니(3) 및 외측의 흑연도가니(4)의 이중구조로 이루어지는 도가니(5), 도가니(5)를 유지하는 도가니 유지축(6), 도가니(5)의 외주에 마련되는 히터(7), 히터(7)의 외주에 마련되는 히터단열재(8), 도가니 유지축(6)과 동축상에 마련되는, 종결정(9)을 유지하기 위한 시드척(10) 및 시드척(10)을 인상하기 위한 와이어(11) 등으로 구성된다. 그리고, 도가니(5) 내에 수용된 원료융액(12)의 상방에는, 육성된 실리콘 단결정(13)의 주위를 둘러싸도록 하여, 복사열을 차단하는 원통형의 차열부재(14)가 마련되어 있다.

그리고, 원료융액(12)의 융액면 위치를 측정하는 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단(15)과, 측정한 융액면 위치에 기초하여 융액면 위치를 제어하는 제어수단(16)과, 융액면 위치측정수단(15)에서 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 판단수단(17)을 갖는다.

이하에서는, 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단(15)으로서, 제1의 융액면 위치측정수단(15a)과, 제2의 융액면 위치측정수단(15b)의 2개를 이용한 경우를 예로 설명한다. 단, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단(15)은 예를 들어 3개 이상이어도 된다.

제1 및 제2의 융액면 위치측정수단(15a, 15b)으로서, 구체적으로는, 예를 들어, 각각 하기에 나타내는 바와 같은 것을 이용할 수 있다. 단, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단(15)은, 측정방법이 동일한 것이어도 되고, 서로 상이한 것이어도 된다. 측정방법이 서로 상이한 것인 경우가, 어느 1개에서 측정이상이 발생했다고 하더라도 서로 영향을 미치지 않으므로 바람직하지만, 측정방법이 동일한 것이었던 경우여도, CCD카메라 등의 기기의 고장에 대해 백업하는 것이 가능하다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 제1의 융액면 위치측정수단(15a)에 의한 융액면 위치의 측정에서는, 차열부재(14)의 하단에 장착된 석영재 등으로 제작된 기준반사체(18)를 이용한다. 이 상태에서 실리콘 단결정(13)의 제조를 행한 경우, 경면상으로 되어 있는 원료융액(12)의 표면에 기준반사체(18)의 반사상(19)이 비친다.

이때의 기준반사체(18) 및 반사상(19)이, 챔버 외부에 설치한 CCD카메라(20a)에 의해 촬상된다. 그리고, 이 촬상결과의 화상처리가 제어수단(16)에 의해 행해지고, 화상처리에 의해 얻어진 기준반사체(18)와 반사상(19)의 거리로부터, 현재의 융액면 위치가 측정된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제2의 융액면 위치측정수단(15b)에 의한 융액면 위치의 측정에서는, 실리콘 단결정(13)에 대해 임의의 각도 θ가 되도록 배치된 CCD카메라(20b)와, 실리콘 단결정(13)의 양단에 대해 병행이 되도록 배치된 CCD카메라(20c, 20d)를 이용한다.

이때, 도 4에 나타내는 바와 같이, 융액면 위치가 (x)에 대해 (x’)로 상승 혹은 (x”)로 하강한 경우, CCD카메라(20b)로 촬상한 화상으로부터 얻어지는 제1의 결정직경값(결정반경A×2)은 융액면 위치변화의 영향을 받고, 제1의 결정직경값이 (결정반경A’×2), (결정반경A”×2)와 같이 변화한다. 이에 반해 2대의 CCD카메라(20c, 20d)로 각각 촬상한 화상로부터 얻어지는 제2의 결정직경(B)은, 융액면 위치의 변화에 대해 시야가 상하할 뿐, 그 제2의 결정직경값(B)은 변화하지 않는다(특허문헌 3).

이러한 융액면 위치의 변화에 대해 발생하는 상기 2종류의 결정직경값의 차분 및 CCD카메라(20b)의 설치각도 θ로부터, 결정 제조 중의 융액면 위치의 변화량이, 제어수단(16)에 의해 산출된다. 이 변화량과 특허문헌 4에 언급하고 있는 바와 같은 실리콘 단결정 제조 전의 융액면 위치측정결과를 합함으로써, 현재의 융액면 위치를 얻을 수 있다.

이러한 제1 및 제2의 융액면 위치측정수단(15a, 15b)이면, 융액면 위치의 측정방법이 서로 상이한 것이므로, 어느 1개에서 측정이상이 발생했다 하더라도, 서로 영향을 미치지 않는다.

실리콘 단결정의 인상시에는, 이들 제1 및 제2의 융액면 위치측정수단(15a, 15b)에 의해 융액면 위치가 동시에 측정된다. 그리고, 이들 제1 및 제2의 융액면 위치측정수단(15a, 15b) 중에서 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 1개 선택된다.

이때의 선택에 대해서는, 예를 들어, 각 융액면 위치측정수단이 갖는 측정정밀도나, 단결정 제조 중에 발생하는 사상에 대한 측정의 안정성 등을 고려하여, 미리 제어수단(16)에 설정된 각 융액면 위치측정수단의 채용 우선순위에 기초하여 결정된다.

이때, 선택된 융액면 위치측정수단을 이용하여 얻어진 융액면 위치의 값과, 미리 설정해 둔 융액면 위치설정데이터의 차분이, 제어수단(16)에 의해 연산되어 산출된다. 이때 얻어진 차분의 값이, 소정의 융액면 위치에 대한 측정에 의해 얻어진 융액면 위치의 어긋남량이며, 융액면 위치를 소정의 위치로 하기 위해 행해야 할 융액면 위치보정량이 된다.

그리고, 융액면 위치를 보정하기 위해 도가니 유지축(6)에 부여하는 속도보정량이, 제어수단(16)의 연산에 의해 산출된다. 융액면 위치가 소정의 위치보다 낮았던 경우에는 도가니 위치상승속도를 가속, 높았던 경우에는 감속시키도록 상기 도가니 위치의 상승속도에 속도보정량이 가산된다. 이와 같이, 융액면 위치의 어긋남량에 따라 도가니 위치상승속도를 변화시키는 융액면 위치보정처리를 행함으로써, 융액면 위치가 소정의 위치로 유지된다.

융액면 위치의 제어에 채용된 융액면 위치측정수단에 대해서는, 그 측정결과 데이터로부터, 측정이상이 발생하고 있지 않는지 판단수단(17)에 의해 순차적으로 판정된다. 이에 따라, 측정이상을 신속하게 검지할 수 있다. 판정의 결과, 측정이상이 발생하고 있다고 여겨진 경우에는, 융액면 위치측정수단이 다른 융액면 위치측정수단으로 전환된다. 예를 들어, 미리 각 융액면 위치측정수단의 채용 우선순위가 제어수단(16)에 설정되어 있는 경우에는, 우선순위가 차점(次點)의 융액면 위치측정수단으로 전환되고, 그 후, 융액면 위치의 제어가 계속된다. 한편, 측정이상의 발생이 검지되지 않은 경우에는, 융액면 위치측정수단이 전환되지 않고, 그대로 융액면 위치의 제어가 계속된다.

또한, 판단수단(17)은, 융액면 위치측정수단(15)에 의해 측정된 융액면 위치의 값의 단위시간마다의 변화량으로부터, 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 것이 바람직하다. 이러한 것이면, 융액면 위치측정수단(15)에 있어서 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 보다 확실하게 판단할 수 있다.

이러한 본 발명의 단결정 제조장치이면, 액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우에, 신속하게 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단이 다른 융액면 위치측정수단으로 전환되므로, 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있다.

다음에, 본 발명의 융액면 위치의 제어방법에 대하여 설명한다. 여기에서는, 상기 서술한 도 1에 나타낸 본 발명의 단결정 제조장치(1)를 이용한 경우를 예로 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다.

먼저, 도가니(5)에 고순도실리콘 다결정을 수용하고, 히터(7)로 실리콘의 융점인 약 1420℃ 이상으로 가열하여 용융하고, 원료융액(12)으로 한다.

다음에 와이어(11)를 감아내려, 시드척(10)에 유지되는 종결정(9)의 선단을 원료융액(12)의 액면에 접촉시킨다. 그 후, 도가니 유지축(6) 및 와이어(11)를 각각 소정의 회전방향 및 회전속도로 회전시키면서 와이어(11)를 소정의 속도로 감아올려, 종결정(9)을 인상함으로써, 종결정(9) 밑에 실리콘 단결정(13)을 육성시킨다.

이때, 융액면 위치를 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단(15)(제1 및 제2의 융액면 위치측정수단(15a, 15b))에 의해 동시에 측정한다(도 5의 SP1).

그리고, 복수의 융액면 측정수단 중에서 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단을 1개 선택한다(도 5의 SP2).

복수의 융액면 측정수단으로부터 1개를 채용할 때의 방법에 대해서는 어떠한 방법이어도 되며, 예를 들어, 각 융액면 위치측정수단이 갖는 측정정밀도나, 단결정 제조 중에 발생하는 사상에 대한 측정의 안정성 등을 고려하여, 미리 각 융액면 위치측정수단의 채용 우선순위를 정의해 두고, 이에 기초하여 결정하는 것이 바람직하다.

선택한 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있는지를 판단한다(도 5의 SP3).

융액면 위치의 제어에 선택한 융액면 위치수단에서 측정이상이 발생하고 있는지의 여부에 대해서는, 그 측정결과 데이터로부터, 측정이상이 발생하고 있지 않은지 순차적으로 판정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 융액면 위치측정수단에 의해 측정된 상기 융액면 위치의 값의 단위시간마다의 변화량으로부터, 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 융액면 위치측정수단에 있어서 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 신속하면서 보다 확실하게 판단할 수 있다.

SP3에 있어서, 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 판정처리에 대하여, 구체적으로는, 예를 들어, 도 6에 나타내는 바와 같은 플로차트에 따라 행할 수 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 판정처리는 미리 설정한 단위시간마다, 정주기로 행한다. 이 단위시간의 설정에 대해서는, 측정이상의 발생 후, 즉각 판정처리에 의한 측정이상 검출 및 전환처리가 행해지도록, 단결정 제조에 걸리는 시간에 대해 가능한 단시간, 약 1분 이내로 설정하는 것이 바람직하다.

판정처리에서, 판정처리 실시 직전에 얻어진 융액면 위치측정결과(이하, 금회값이라고도 함)와, 1주기 전의 판정처리 실시시에 보존한, 전회의 융액면 위치측정결과(이하, 전회값이라고도 함)의 차분을 산출한다. 산출된 차분은, 결정 제조공정에 있어서 상기 설정한 단위시간이 경과한 동안 융액면 위치가 변화한 양(이하, 융액면 위치변화량이라고도 함)을 의미한다.

이 융액면 위치변화량이, 융액면 위치의 측정 및 제어가 정상으로 행해지고 있을 때의 측정결과 데이터를 감안하여 미리 설정한 판정임계값, 즉 정상인 융액면 위치변화량의 범주를 초과한 경우에는, 측정이상이 발생하고 있다고 판정할 수 있다.

그리고, 측정이상이 발생하고 있다고 판단된 경우에, 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단을 다른 융액면 위치측정수단으로 전환한다(도 5의 SP4).

상기 서술한 바와 같이, 미리 융액면 위치측정수단의 채용순위를 정의해 둔 경우, 이와 같이 측정이상이 발생하고 있다고 판단되었다면, 융액면 위치의 제어에 채용하고 있는 융액면 위치측정수단을, 우선순위차점의 것으로 전환하면 된다. 그리고, 전환한 융액면 위치측정수단을 이용하여 융액면 위치의 제어를 계속한다. 한편, 측정이상의 발생이 검지되지 않은 경우에는, 융액면 위치측정수단의 전환을 행하지 않고, 그대로 융액면 위치의 제어를 계속한다.

이와 같이, 본 발명의 융액면 위치의 제어방법이면, 융액면 위치의 측정에 있어서 측정이상이 발생한 경우에, 신속하게 이를 검지하여 융액면 위치의 제어에 채용하는 융액면 위치측정수단을 다른 융액면 위치측정수단으로 전환하므로, 융액면 위치의 제어를 안정적으로 행할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

도 1에 나타내는 바와 같은 본 발명의 단결정 제조장치를 이용하여, 도 5에 나타내는 바와 같은 본 발명의 융액면 위치의 제어방법에 따라, 융액면 위치의 제어를 행하면서 실리콘 단결정의 제조를 행하였다.

결정성장공정시의 융액면 위치를 측정하는 융액면 위치측정수단(15)으로는, 측정방법이 상이한 2종류의 제1 및 제2의 융액면 위치측정수단(15a, 15b)을 단결정 제조장치(1)에 각각 설치하였다. 융액면 위치의 제어에는, 제1의 융액면 위치측정수단(15a)의 측정결과를 우선하여 채용하는 설정으로 하였다.

제1의 융액면 위치측정수단(15a)은, 도 2에 나타내는 바와 같은 차열부재(14)의 하단에 장착된 기준반사체(18)와 경면상의 융액면에 반사된 기준반사체(18)의 반사상(19)을 CCD카메라(20a) 등의 광학식 장치를 이용하여 촬상하고, 그 영상으로부터 융액면 위치를 측정하는 방법으로 하였다. 또한, 제2의 융액면 위치측정수단(15b)은, 도 3, 4에 나타내는 바와 같은 실리콘 단결정(13)에 대해 45°로 설치된 CCD카메라(20b)를 이용한 제1의 직경계측수단에 의해 계측된 결정직경과, 실리콘 단결정(13)의 양단에 평행하게 설치된 2대의 CCD카메라(20c, 20d)에 의한 제2의 직경계측수단에 의해 계측된 결정직경을 비교하고, 그 차로부터 융액면 위치를 산출하는 방법으로 하였다.

그리고, 직경 812mm의 도가니(5) 내에 실리콘 다결정 360kg를 수용하고, 그 실리콘 다결정을 히터(7)에서 가열용융하여 실리콘 융액(원료융액(12))으로 하였다. 제조하는 실리콘 단결정(13)의 직경은 300mm로 하였다.

이때 융액면 위치의 측정이상의 판단은 1분 경과시마다 행하고, 판정임계값은 융액면 위치변화량 1mm로 하여 행하였다. 그리고 결정성장공정 중의 융액면 위치보정처리는, 직동부가 길이 50mm만큼 성장하는 동안 행해지는 보정을, 결정의 직동부길이 50mm 내지 100mm에 걸쳐서와 100mm 내지 150mm에 걸쳐서의 합계 2회 행하는 설정으로 하였다. 이때의 도가니 상승속도설정은 0.1mm/min로 하였으며, 융액면 위치의 측정결과로부터 도가니속도보정량은 -0.01mm/min로 하였다.

그리고, 융액면 위치보정처리가 행해지고 있는 상태에서, 1회째의 보정이 종료된 후에 제1의 융액면 위치측정수단에 대해 의도적으로 측정이상을 발생시키고, 측정이상 발생 전후의 도가니 상승속도의 추이를 관찰하여, 도 7에 나타내었다.

(비교예)

종래의 방법으로 실리콘 단결정의 제조를 행하였다. 즉, 융액면 위치측정수단을 단수로 하고, 실시예와 같은 융액면 위치측정수단에서 측정이상의 발생의 유무의 판별을 행하지 않았다. 그리고, 실시예와 동일하게 하여, 의도적으로 측정이상을 발생시켰다. 비교예에 있어서의 측정이상 발생 전후의 도가니 상승속도의 추이를 관찰하고, 도 8에 나타내었다.

그 결과, 비교예에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 측정이상을 의도적으로 발생시킨 2회째의 보정처리에 있어서는, 측정이상에 의해 실제의 융액면 위치에 대해 낮게 측정한 결과를 보정처리에 적용하였으므로, -0.01mm/min의 보정량을 더해야 하는 바, +0.015mm/min 정도의 도가니 상승속도보정이 행해졌다.

한편, 실시예에서는 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1의 융액면 위치측정수단이 측정이상으로 된 2회째의 보정처리에 있어서, 제2의 융액면 위치측정수단의 측정결과를 사용한 융액면 위치제어처리로 전환되어 있음으로써, 안정적으로 -0.01mm/min의 보정이 가해지고 있으며, 측정이상 발생의 영향을 받지 않고 융액면 위치보정처리가 행해지고 있음을 알 수 있다.

이상과 같이, 융액면 위치의 제어방법에 관해, 본 발명을 이용함으로써, 융액면 위치측정시에 발생하는 측정이상의 영향을 받는 일 없이, 안정적으로 융액면 위치를 제어할 수 있었다. 이에 따라, 무결함영역을 포함하는 고품질의 실리콘 단결정을, 안정적으로 효율좋게 얻을 수 있게 되었다.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (4)

1. 초크랄스키법에 의해 도가니 내에 수용한 원료융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 단결정 제조장치로서,
   상기 원료융액의 융액면 위치를 측정하는 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단과, 측정한 상기 융액면 위치에 기초하여 상기 융액면 위치를 제어하는 제어수단과, 상기 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 판단수단을 가지고,
   상기 복수의 융액면 위치측정수단에 의해 상기 융액면 위치가 동시에 측정되고, 상기 복수의 융액면 측정수단 중에서 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단이 1개 선택되고, 이 선택된 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있다고 상기 판단수단에 의해 판단된 경우에, 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단이 다른 상기 융액면 위치측정수단으로 전환되는 것을 특징으로 하는,
   단결정 제조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 판단수단은,
   상기 융액면 위치측정수단에 의해 측정된 상기 융액면 위치의 값의 단위시간마다의 변화량으로부터, 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는,
   단결정 제조장치.
   
3. 초크랄스키법에 의해 도가니 내에 수용된 원료융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때에, 상기 원료융액의 융액면 위치를 제어하는 방법으로서,
   상기 융액면 위치를 적어도 2개 이상의 상이한 융액면 위치측정수단에 의해 동시에 측정하는 공정과, 상기 복수의 융액면 측정수단 중에서 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단을 1개 선택하는 공정과, 이 선택한 융액면 위치측정수단에서 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 공정과, 상기 측정이상이 발생하고 있다고 판단된 경우에, 상기 융액면 위치의 제어에 채용하는 상기 융액면 위치측정수단을 다른 융액면 위치측정수단으로 전환하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는,
   융액면 위치의 제어방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 측정이상이 발생하고 있는지를 판단하는 공정에 있어서,
   상기 융액면 위치측정수단에 의해 측정된 상기 융액면 위치의 값의 단위시간마다의 변화량으로부터, 측정이상이 발생하고 있는지의 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는,
   융액면 위치의 제어방법.

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